3D打印固態(tài)導(dǎo)電離子彈性體作為觸覺(jué)應(yīng)用的通用構(gòu)建塊

供稿人：艾子超 魯中良 供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

通過(guò)3D打印將柔軟和導(dǎo)電材料塑造成優(yōu)先的結(jié)構(gòu)對(duì)于從觸覺(jué)設(shè)備到生物電子學(xué)的眾多應(yīng)用極具吸引力。一種具有里程碑意義的軟導(dǎo)電材料是水凝膠/離子凝膠。然而，3D打印水凝膠/離子凝膠仍然存在瓶頸：由于水凝膠/離子凝膠內(nèi)液體的蒸發(fā)和泄漏，其電-機(jī)械性能的穩(wěn)定性有限。盡管可光固化的無(wú)液體離子導(dǎo)電彈性體可以繞過(guò)這些限制，但相關(guān)的光固化工藝較為繁瑣，印刷質(zhì)量相對(duì)較差。在此，開(kāi)發(fā)了一種快速光固化固態(tài)導(dǎo)電離子彈性體（SCIE），可實(shí)現(xiàn)任意結(jié)構(gòu)的高分辨率3D打印。與傳統(tǒng)的離子導(dǎo)電材料相比，印刷積木具有許多有前途的特性，包括高分辨率結(jié)構(gòu)（甚至≈50μm懸挑晶格），良好的楊氏模量（高達(dá)≈6.2 MPa）和拉伸能力（斷裂應(yīng)變）≈292%），在廣泛的溫度范圍內(nèi)（從−30至80℃），以及良好的彈性和抗疲勞能力。

圖1. a和b）SCIE的實(shí)物照片和分子設(shè)計(jì)。c）SCIE的電壓-電流曲線。d) SCIE的光固化動(dòng)力學(xué)。e）SCIE的機(jī)械性能。f）SCIE與商用打印材料粘度的對(duì)比。g）SCIE和常用3D打印軟材料的楊氏模量、導(dǎo)電性、固化速度和流動(dòng)性的對(duì)比。

圖2.a）DLP 3D打印裝置示意圖。b）打印微米級(jí)結(jié)構(gòu)的SEM圖像。c）打印封閉微流控通道的實(shí)物照片。d）實(shí)現(xiàn)高精度3D打印機(jī)理的示意圖。e）SCIE和水凝膠的長(zhǎng)時(shí)間電導(dǎo)率變化。f）對(duì)比SCIE和文獻(xiàn)中報(bào)道3D打印軟材料的電導(dǎo)率和楊氏模量。

本研究展示了一種快速光固化SCIE，該SCIE允許使用定制架構(gòu)對(duì)軟離子導(dǎo)體進(jìn)行高分辨率3D打印。SCIE消除了液體的使用，克服了富液體離子導(dǎo)電材料的傳統(tǒng)限制，本研究的發(fā)現(xiàn)不僅為3D打印功能材料的設(shè)計(jì)提供了新的范例，而且為3D智能、靈活的電子設(shè)備的發(fā)展創(chuàng)造了新的機(jī)遇。
參考文獻(xiàn)：

    張C，鄭H，孫J，等。 3D 打印固態(tài)導(dǎo)電離子彈性體作為觸覺(jué)應(yīng)用的通用構(gòu)件[J]. 先進(jìn)材料，2021。